Por lo general, las estructuras no se consideran susceptibles a vibraciones si las deformaciones bajo la acción del viento por resonancia de ráfagas no se incrementan en más de un 10% [2]. En este caso, la acción del viento variable en el tiempo se puede describir como una carga estática equivalente.
Suponiendo que las turbulencias dentro del flujo de viento son muy grandes en relación con las dimensiones del edificio, se puede calcular una distribución de presión p actuando estáticamente en la geometría del edificio con RWIND Simulation según el "método cuasi-estacionario" o el concepto de ráfaga [3 ].
Básicamente, se supone un campo de flujo estacionario alrededor del modelo de análisis para la fluctuación de la velocidad turbulenta durante la ráfaga [3]. La fluctuación de la presión en la superficie del modelo debido a la turbulencia del flujo de entrada se considera así como un estado estacionario durante un cierto período de tiempo t. Por lo tanto, las fluctuaciones siguen exactamente el curso de los coeficientes de presión promediados en el tiempo cp,media en la superficie del modelo.
La presión resultante inducida por el viento Δp(t) en las superficies del modelo depende entonces puramente de la velocidad de entrada v(t).
| ρ | densidad del aire |
| v | velocidad de entrada |
| cp,media | coeficiente de presión promediado en el tiempo |
| t | tiempo |
Por lo tanto, el valor del vector de velocidad de entrada v(t) es:
v(t)² = (vx,media + vx,fluctuación (t))² + vy,fluctuación (t)² + vz,fluctuación (t)²
Si los términos al cuadrado solo hacen una pequeña contribución, el valor eficaz del vector de la velocidad de entrada v(t) es el resultado:
v(t)² = vx,media² + 2 ⋅ vx,media ⋅ vx,fluctuación (t)
El uso de la velocidad de entrada eficaz en la ecuación de la presión inducida por el viento da como resultado:
Δp(t) = 1/2 ⋅ ρ ⋅ vx,media² [1 + (2 ⋅ vx,fluctuación (t))/vx,media ] ⋅ cp,media
Esta transformación muestra que la fluctuación de la presión del viento Δp(t) sólo depende de la fluctuación de la velocidad del viento vx,fluctuación(t) en la dirección de entrada principal x.
Si se reemplaza la fluctuación de velocidad variable en el tiempo vx,fluctuación(t) por la fluctuación de la velocidad máxima que se produce vx,fluctuación,máx, elimina la variabilidad temporal del sistema.
Y si luego se compara el término vx,fluctuación,máx/vx,media como un múltiplo g de la intensidad de la turbulencia Iv(z),
| δv |
desviación estándar de la velocidad vmedia
|
| vmedia (z) | velocidad media en función de la altitud |
| z | altura sobre el suelo |
se puede describir el término entre corchetes como el factor de ráfaga G(z). Con la inserción de los términos en la ecuación de la carga de viento nominal, resulta:
| ρ | densidad del aire |
| vmedia | velocidad media de entrada |
| G(z) | factor de ráfaga en función de la altitud |
| cp,media | coeficiente de presión promediado en el tiempo |
donde
| g | factor para definir la duración de la ráfaga |
| Iv(z) | intensidad de la turbulencia en función de la altitud |
| z | altura sobre el suelo |
Por ejemplo, en EN 1991-1-4, el factor g se utiliza para describir la duración de la ráfaga de 3,5.
RWIND Simulation calcula los valores medios de las presiones pmedia en la superficie del modelo dependiendo de una velocidad de entrada vx(z) por medio de una solución estacionaria de las ecuaciones de RANS utilizando el algoritmo SIMPLEC. Dado que los valores medios de los coeficientes de presión cp,media se basan en la relación entre los valores medios determinados de la presión pmedia y la presión máxima de la velocidad del viento en la altura de la cubierta q(altura de la cubierta),
cp,media = pmedia / q(altura de la cubierta)
es posible usar la velocidad de entrada de la presión de velocidad máxima del viento convertida q(z) sobre la altura para determinar las cargas de viento nominales según el concepto de ráfaga [1].
v(z) = √ (2 ⋅ q(z) / ρ)
Por lo tanto, esta velocidad del viento incluye la velocidad media del viento vmedia y la componente de fluctuación máxima vfluctuación. En este caso, la intensidad de la turbulencia del flujo de entrada se puede establecer constantemente sobre la altura en un valor muy pequeño de aproximadamente el 5% [4].
Al considerar los efectos de las fuerzas que actúan en todo el edificio o en grandes superficies, este método proporciona una muy buena aproximación a la carga natural del viento [3]. La razón es que los pequeños efectos de turbulencia enmascarados por la media actúan solo en áreas parciales y no tienen un efecto notable debido a la integración global de los valores de la fuerza.
Además, el concepto reacciona muy bien incluso para áreas parciales pequeñas con entrada frontal, ya que aquí las fluctuaciones de la presión efectiva ya están muy bien registradas en el perfil de velocidad pico del viento [3].
Por el contrario, el sistema acarrea una convergencia más pobre con la realidad para las superficies con separación de flujo (paredes laterales y traseras). Es especialmente en estas zonas donde la turbulencia inducida por el edificio, "atenuada" mediante la media utilizando el concepto de ráfaga, tiene un efecto mayor que el efecto de la turbulencia del flujo de entrada contenida en el perfil de la velocidad de entrada.
